MR spectroscopy in human prostate: in vitro and in vivo measurements to optimize new quantification algorithms

Il cancro della prostata (PCa) è il tumore maligno non-cutaneo più diffuso tra gli uomini ed è il secondo tumore che miete più vittime nei paesi occidentali. La necessità di nuove tecniche non invasive per la diagnosi precoce del PCa è aumentata negli anni. 1H-MRS (proton magnetic resonance spectroscopy) e 1H-MRSI (proton magnetic resonance spectroscopy imaging) sono tecniche avanzate di spettroscopia in risonanza magnetica che permettono di individuare presenza di metaboliti come citrato, colina, creatina e in alcuni casi poliammine in uno o più voxel nel tessuto prostatico. L’abbondanza o l’assenza di uno di questi metaboliti rende possibile discriminare un tessuto sano da uno patologico. Le tecniche di spettroscopia RM sono correntemente utilizzate nella pratica clinica per cervello e fegato, con l’utilizzo di software dedicati per l’analisi degli spettri. La quantificazione di metaboliti nella prostata invece può risultare difficile a causa del basso rapporto segnale/rumore (SNR) degli spettri e del forte accoppiamento-j del citrato. Lo scopo principale di questo lavoro è di proporre un software prototipo per la quantificazione automatica di citrato, colina e creatina nella prostata. Lo sviluppo del programma e dei suoi algoritmi è stato portato avanti all’interno dell’IRST (Istituto Romagnolo per lo Studio e la cura dei Tumori) con l’aiuto dell’unità di fisica sanitaria. Il cuore del programma è un algoritmo iterativo per il fit degli spettri che fa uso di simulazioni MRS sviluppate con il pacchetto di librerie GAMMA in C++. L’accuratezza delle quantificazioni è stata testata con dei fantocci realizzati all’interno dei laboratori dell’istituto. Tutte le misure spettroscopiche sono state eseguite con il nuovo scanner Philips Ingenia 3T, una delle machine di risonanza magnetica più avanzate per applicazioni cliniche. Infine, dopo aver eseguito i test in vitro sui fantocci, sono stati acquisiti gli spettri delle prostate di alcuni volontari sani, per testare se il programma fosse in grado di lavorare in condizioni di basso SNR.

Study of the effectiveness of crystal growth modifiers in the prevention of damage due to crystallization of sodium carbonates in stone artworks

The disintegration of stone materials used in sculpture and architecture due to the crystallization of salts is capable of irreparably damaging artistic objects and historic buildings. A number of phosphonates and carboxylates were tested here as potential crystallization modifiers for sodium carbonate crystallization. Precipitated phases during crystallization induced either by cooling or by evaporation tests were nahcolite (NaHCO3), natron (Na2CO3∙10H2O) and thermonatrite (Na2CO3∙H2O), identified using X-ray diffraction. By using the thermodynamic code PHREEQC and the calculation of the nucleation rate it was demonstrated that nahcolite had to be first phase formed during both tests. The formation of the other phases depended on the experimental conditions under which the two tests were conducted. Nahcolite nucleation is strongly inhibited in the presence of sodium citrate tribasic dihydrate (CA), polyacrylic acid 2100MW (PA) and etidronic acid (HEDP), when the additives are dosed at appropriate concentrations and the pH range of the resulting solution is about 8. Electrostatic attraction generated between the deprotonated organic additives and the cations present in solution appears to be the principal mechanism of additive-nahcolite interaction. Salt weathering tests, in addition to mercury intrusion porosimetry tests allowed to quantify the damage induced by such salts. FESEM observation of both salts grown on calcite single crystals and in limestone blocks subjected to salt crystallization tests allowed to identify the effect of these additives on crystal growth and development. The results show that PA seems to be the best inhibitor, while CA and HEDP, which show similar behaviors, are slightly less effective. The use of such effective crystallization inhibitors may lead to more efficient preventive conservation of ornamental stone affected by crystallization damage due to formation of sodium carbonate crystals.